智能心肺機(jī)能測試設(shè)備的精度研究

摘 要：本研究通過對臺階實驗設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級，加裝了紅外傳感器以控制動作質(zhì)量和動作幅度的設(shè)備，以提高測試精度，減少工作人員及提高工作效率。

關(guān)鍵詞：智能心肺； 機(jī)能測試

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315(2011)6-179-001

一、研究目的

臺階實驗是反映人體心血管系統(tǒng)機(jī)能的一項實驗，目前作為國民體質(zhì)監(jiān)測和學(xué)生體質(zhì)與健康標(biāo)準(zhǔn)測試中的測試項目，與耐力跑（男1000米、女800米）一起作為耐力的選擇性測試內(nèi)容之一。臺階實驗是記錄在上下臺階后三分半鐘的脈博數(shù)，一般而言，心血管機(jī)能強的心率恢復(fù)到安靜時所用的時間短，所得的指數(shù)大；心血管機(jī)能弱者反之。由于選擇定量負(fù)荷，所以測試的安全性相對較高，所以在國民體質(zhì)測試和學(xué)生體質(zhì)與健康標(biāo)準(zhǔn)的測試中開展較廣。

本研究通過對傳統(tǒng)臺階實驗的設(shè)備進(jìn)行自動化升級：增設(shè)位置與節(jié)奏識別設(shè)備、耳脈夾、語音提示等設(shè)備以提高測試的自動化程度，從而減少測試工作人員的工作量，并提高測試的精度和測試的效率。

二、研究方法

1.智能臺階實驗設(shè)備的研制

2.實驗法

2.1實驗設(shè)計

2.2實驗方法。實驗一：使用儀器及器材：錄音機(jī)1臺，30次/min節(jié)拍的磁帶一盤（帶音樂），0.4m或0.35m高的臺階各3條，秒表9塊。上下臺階結(jié)束后測試1min~1min30s、2min~2min30s、3min~3min30s3次的心率，并分別記錄。

實驗二：在實驗一的基礎(chǔ)上增設(shè)位置與節(jié)奏識別設(shè)備、耳脈夾、語音提示等。

臺階試驗結(jié)束前10秒佩戴耳脈夾，準(zhǔn)備在運動結(jié)束進(jìn)行心率測試。記錄1min~1min30s、2min~2min30s、3min~3min30s3次的心率。

2.2實驗對象。大學(xué)二年級男、女生各160人，平均年齡為20.53±0.49歲和19.85±0.69歲。分別用實驗一和實驗二的設(shè)備進(jìn)行測試，再次測試的時間間隔三天以上。

三、結(jié)果與分析

1.智能臺階設(shè)備的結(jié)構(gòu)

1.1智能臺階設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)。智能臺階設(shè)備的結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)主要包括臺階、主電路板、立柱、指示盤、脈搏傳感器和光電傳感器組成。

1.2智能臺階設(shè)備的工作原理。測試時測試者首先站直立于臺階上，根據(jù)自己的身高調(diào)整光電傳感器在立柱上的高度，由于光電傳感器采用反射式，所以讓傳感器正好對準(zhǔn)測試者額頭時為佳。如果太高人體不能反射回光線，傳感器不能對測試者上下臺階的次數(shù)進(jìn)行識別，太低測試者運動不到應(yīng)有的高度，起不到測試的最好效果，相應(yīng)的起到了防止屈腿、彎腰等作弊現(xiàn)象發(fā)生。調(diào)整好高度時，指示盤上的指示燈點亮，測試者下臺階準(zhǔn)備測試開始。這一定位過程可對在測試過程中出現(xiàn)屈腿、彎腰等動作進(jìn)行識別。

當(dāng)開始指令發(fā)出后，測試者開始根據(jù)指示盤上的節(jié)拍指示燈按照測試節(jié)拍進(jìn)行上下臺階測試，同時光電傳感器把測試者上下臺階的次數(shù)進(jìn)行識別，通過線纜傳遞給單片機(jī)處理后通過線纜傳遞到指示盤進(jìn)行顯示。上下臺階次數(shù)完成時，指示盤發(fā)出停止指令，測試者在測試臺旁進(jìn)行脈搏測試。脈搏測試的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳遞給計算機(jī)進(jìn)行計算和處理，并存入相應(yīng)測試數(shù)據(jù)庫，上傳給國家體質(zhì)數(shù)據(jù)庫或進(jìn)行其他分析。

解決臺階實驗用時較長的方法是：增強臺階測試設(shè)備的自動化程度，并使多人同時測試。在臺階實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上使用語音提示功能，對被試者進(jìn)行運動提示。用光電傳感器對運動者上下臺階的幅度和節(jié)奏進(jìn)行監(jiān)控；在運動結(jié)束前佩戴耳脈夾準(zhǔn)備進(jìn)行心率的測試。省去原來的秒表。并通過上位機(jī)對下位多臺ＰＣ機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)自動化和智能化，從而使測試人員減少到一至兩名，使測試效率大大提高。

2對兩組臺階測試的學(xué)生成績的分析

對三次心率和的統(tǒng)計與分析：從表—1的數(shù)據(jù)分析，實驗一男生的三次心率之和平均為318次左右，女生的三次心率之和為313次左右；而實驗二中男生三次心率之和平均為337次左右，女生的三次心率之和平均為329次左右。比較實驗一和實驗二的心率之和，存在著顯著性差異，而且實驗二的心率要高于實驗的心率，這正是實驗一的臺階測試指數(shù)高于實驗二的原因。分析產(chǎn)生這種情況的原因要從臺階實驗的公式入手，臺階實驗的公式：〔踏臺上下運動的持續(xù)時間（秒）*100〕/〔2*（3次測定脈搏的和）〕；由該公式分析，上下臺階的持續(xù)時間是180秒，作為分子，其數(shù)值固定；而作為分母的三次脈搏和可能受到測試條件的影響。在運動結(jié)束后，心率的下降速率非?？?，要在很短的時間內(nèi)找到脈搏，否則數(shù)據(jù)將會有很大的變化。

四、結(jié)論

1.智能臺階實驗測試設(shè)備的主要技術(shù)核心是通過光電傳感器實現(xiàn)對動作幅度與動作節(jié)奏的精確分析，使臺階實驗的測試效率提高，數(shù)據(jù)的可靠性增強，從而確保國民體質(zhì)監(jiān)測和學(xué)生體質(zhì)與健康標(biāo)準(zhǔn)測試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.智能臺階實驗設(shè)備的能力大大提高測試工作的效率和精度，有利于群體性測試的開展。

3.智能臺階實驗設(shè)備的自動化程度高，對于動作質(zhì)量和節(jié)奏有“機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)”，從而減少人員參與測試而產(chǎn)生的主觀誤差，使測試的標(biāo)準(zhǔn)性和可靠性增強。

河北省科技廳課題：編號072761749，河北省教育廳課題：編號Z2007453

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